книги из ГПНТБ / Найденов, Г. Ф. Газогорелочные устройства с регулируемыми характеристиками факела

меньше воздуха проходит по этому участку. Оптимальной величиной отношения bjD можно считать 1,0—1,3. В этом случае неравномерность расхода по длине тангенциального патрубка не превышает 10%.

В цилиндрическом канале вихревых горелок по оси за­ крученного воздушного потока возникает зона разрежения, которая является причиной осевого обратного тока. Диаметр осевого обратного тока зависит от закрученности потока. Изменение интенсивности крутки при простом тангенциаль­ ном подводе воздуха от 1 до 3 сопровождается увеличением диаметра зоны обратных токов с 0,2 до 0,4 D [41 ]. Величина

ности цилиндрического канала улучшается. Кроме того, если диаметр осевой трубы ненамного больше диаметра зоны обратных токов, то при этом сопротивление горелки по воз­ душному тракту не только не повышается, а наоборот, не­ сколько снижается (—-8%).

Снижение сопротивления устройства, выдающего за­ крученный поток, при введении по оси потока поверхности тела вращения определенных размеров (в данном случае осевой трубы) может быть объяснено следующим образом.

При вращении струи в канале горелки, в осевой области цилиндра, возникает обратный ток, который берет начало за выходным сечением горелки и простирается вплоть до днища цилиндра. По мере продвижения встречного потока по оси цилиндрического канала периферийная закрученная струя вовлекает его во вращательное движение, расходуя на это часть энергии. Чем больше масса осевого обратного потока, тем больше энергии тратится на его вращение. Поэтому лик­ видация зоны обратных токов приводит к снижению сопро­ тивления устройства.

Сравнительно высокое сопротивление вихревых горелок обусловлено закруткой воздушного потока. Подача части воздуха прямым незакрученным потоком по осевой трубе

90

снижает расход энергии на дутье. Зависимость общего со­ противления горелки с комбинированной подачей воздуха от б имеет экстремальный характер. С ростом б вначале сопро­ тивление уменьшается, достигает минимального значения, а затем начинает возрастать, так как растет скорость воздуха в осевом подводе. Таким образом, чем меньше суммарный коэффициент сопротивления осевого подвода, тем больше может быть экономия энергии при осевой подаче части дутье­ вого воздуха. Проанализировав влияние диаметра осевой трубы на скоростную равномерность, сопротивление горел­ ки по воздушному тракту и влияние осевого потока на вы­ горание топлива, можно сделать вывод, что для данной конструкции горелки (см. рис. 4) оптимальной величиной соотношения dTp/D является 0,5. В том случае, когда по ка­ ким-либо причинам нужно повысить скорость истечения по­ тока из осевой трубы, не изменяя б, осевая труба снабжается

конфузором.

Расчет значения интенсивности крутки для случая тан­ генциальной подачи всего дутьевого воздуха выполняется по формуле [2]

По расчетному значению интенсивности крутки, пользуясь экспериментальными зависимостями, можно определять ори­ ентировочные размеры факела горелки.

Размеры факела. В случае равномерного распределения газа в потоке дутьевого воздуха ориентировочные размеры факела при подаче воздуха только по тангенциальному под­ воду могут быть определены по экспериментальным данным (табл. 5) или приблизительно рассчитаны по эмпирическим формулам, предложенным И. Я- Сигалом и Н. А. Гуревичем [57]. На основании анализа и обработки экспериментально­ го материала в работе [57] установлено, что основное влияние

91

на осевую длину вихревого факела оказывает геометрия движения пристеночного (периферийного) слоя потока газо­ воздушной смеси, которая зависит от интенсивности крутки и конфигурации амбразуры. В то же время длина развертки факела, т. е. длина факела по спирали (с учетом среднего угла подъема воздушного потока в цилиндрическом канале горелки), остается во всех случаях изменения конфигура­ ции амбразуры практически одинаковой. Этот вывод под­ тверждает мнение, что изменение угла раскрытия амбразуры влияет главным образом на геометрию факела, а не на фи­ зико-химическую сущность процесса выгорания топлива.

Осевая длина факела определяется по формуле [57]

которая составляет (по экспериментальным данным) 2—3 D ; Lnp — прямой участок факела.

Прямой участок факела определяется как разность между полной длиной развертки факела S n и длиной развертки

горелки. Длина развертки факела на закрученном участке определяется по формуле:

а) в случае цилиндрической амбразуры

б) в случае конической амбразуры:

SLkp = т Ctg Pep ctg Y/2 [(] + 2 tg ¥/2L3aKp) X

92

где Ч1- — угол раскрытия амбразуры; Ьзшр — относительная рсевая длина закрученного участка факела, выраженная в калибрах горелки; |Зср — среднее для закрученного участка факела значение угла подъема газовоздушного потока, при­ нимается равным 30—35°.

Определив по табличным данным или вычислив по эмпи­ рическим формулам ориентировочную длину факела при тангенциальной подаче всего дутьевого воздуха, определим, пользуясь зависимостью (55), осевой размер факела в случае подачи части воздуха по осевому подводу.

Например, длина факела при п = 1,8; 8 — 0; D = 0,8 м; dTр = 0,4 м равняется 4,8 м. Определим, как изменяется дли­ на факела, если по осевому подводу горелки будет подавать­

'б) относительная длина факела

7Ф= 1,27 • 0,36-0’4^ 1,9;

в) действительная длина факела

/ф = 4,8 • 1 9 ж 9 м.

Следует иметь в виду, что влияния крутки потока и фор­ мы амбразуры на факел не аналогичны. Увеличение интенсив­ ности крутки приводит к уменьшению объема факела, а при изменении угла раскрытия амбразуры объем факела оста­ ется постоянным, а изменяется только его осевая дально­

бойность.

Рекомендации по расчету газовыдающего аппарата горел­ ки основываются на экспериментально полученных данных о распределении скорости сносящего потока и распределении

93

расхода дутьевого воздуха по сечению цилиндрического канала в плоскости истечения газовых струй.

Осевая приведенная скорость воздуха Wn0рс является вспомогательной величиной, необходимой для использова­ ния экспериментального материала при выполнении рас­ четов. Приведенная осевая скорость у одной и той же конструкции горелки зависит от расхода и температуры дутьевого воздуха. Величина осевой приведенной скорос­ ти рассчитывается по формуле (29).

Дальнобойность газовых струй h выбирается, исходя из характера распределения расхода воздуха по сечению ци­ линдрического канала горелки в плоскости ввода газа из периферийной или центральной газовой камеры. Распределе­ ние расхода воздуха по сечению канала зависит от расчетно­ го параметра интенсивности крутки, диаметра осевой трубы

иотносительного осевого расхода. С ростом крутки все боль­ ше воздуха проходит через периферийную область канала,

иповышение доли воздуха, подаваемого по осевому под­ воду, сопровождается перераспределением воздуха с пери­ ферии в осевую область. В случае тангенциальной подачи всего дутьевого воздуха и однокалиберной системы газовых отверстий оптимальная дальнобойность газовых струй соот­ ветствует нормальному расстоянию от плоскости устья газо­

вого отверстия до гмакс (гмакс — значение относительного радиуса, соответствующее относительной максимальной пол­

ной скорости воздушного потока 1^Пмакс) и определяется из выражения

В пределах изменения интенсивности крутки от 1,8 до 4,3 величина гмакс может быть определена по рис. 12 и 16, табл. 2 или рассчитана по эмпирической формуле

94

После выбора дальнобойности газовых струй определя­ ется скорость сносящего потока на участке дальнобойности 'газовой струи. При радиальной подаче газа в осесимметрич­ ный закрученный воздушный поток сносящая скорость на участке дальнобойности значительно зависит от интенсивнос­ ти крутки потока и слабее — от глубины проникновения струи при постоянной крутке. По рис. 21,22 может быть опре­

делена скорость сносящего потока Wh для условий 1,8 ■<

С п •< 4,3, dTр = 0,3 и 0,1 ■< 6 •< 0,35; drp = 0,5 и 0,15 С

<б < 0,5.

Вслучае только тангенциальной подачи дутьевого воз­

духа относительное значение скорости сносящего потока может быть определено по формуле:

где г = 1 — h.

Поскольку ~Wh = Wh/W ^ , то действительная скорость сносящего потока на участке дальнобойности струи

Значение скорости воздушного потока подставляется в формулу для определения характеристик струи, которые обеспечат выбранную дальнобойность последней.

Диаметр газовыпускного отверстия dc, если задана ско­ рость истечения газа Wr, определяется по формуле [20]

(69)

где h — дальнобойность струи, определенная по формуле (66); Wh — скорость сносящего потока на участке дально­ бойности струи; Ks — коэффициент, зависящий от шага газовыпускных отверстий; Wr — скорость истечения газа.

95

Максимально возможное количество газовых сопел опре­ деляется из условия, чтобы газовые струи не сливались. На расстоянии h от газовыпускного отверстия диаметр струи принимается приблизительно равным 0,75 h [65].

С учетом угла подъема воздушного потока по спирали определяющий размер струи в плоскости поперечного се­ чения цилиндрического канала

где Wn, Wa — соответственно относительные значения пол­ ной и аксиальной составляющей скоростей на расстоянии h от плоскости газового сопла, которые определяются по экспериментальным данным. Количество отверстий в ряду при условии, что струи газа не сливаются,

а) при периферийной подаче газа

^2я (R г к -J- h)Wа

ц0,75 hWu

где R r.K— радиус центральной газовой камеры. Соответственно шаг газовых отверстий:

а) при периферийной подаче газа

б) при центральной подаче газа

96

б) при центральной подаче газа

В • 106 ■ 0,75hWn

Расстояние между рядами газовых сопел Я также опре­ деляется с учетом направления сносящего потока:

4, ... при расположении газовых отверстий в «шахматку», А — 1, 3, ... при коридорном расположении газовых от­ верстий.

Изготовление газогорелочных устройств часто осу­ ществляется не специализированными предприятиями, а монтажными организациями (при помощи мастерских ТЭЦ или механических цехов заводов). Горелки должны быть выполнены из тех материалов, которые указаны в техниче­ ских условиях или рабочих чертежах. Замена материалов производится только по согласованию с заказчиком. В го­ релках не должно быть заусенцев или острых кромок, а так­ же сварочных наплавок, которые, как и вмятины, повышают гидравлическое сопротивление горелки, создают местные завихрения газовоздушной смеси, что приводит к обгоранию металлических частей.

Особое внимание следует уделять качеству изготовления газовых камер. Газоподводящие трубы и газовые камеры не должны иметь трещин и свищей.

После изготовления горелки до установки ее на котле в газовую камеру подают воздух под давлением, равным мак­ симальному давлению газа, и тщательно проверяют герме-, тичность. Газовые отверстия при этом глушатся деревянны­

прямоугольного сечения. Это объясняется неравномерным нагревом и соответствующим температурным расширением различных стенок прямоугольной камеры. Для укрепления таких камер иногда накладывают уголок по всей длине свар­ ных швов и приваривают его с двух сторон. Газовые камеры круглого или эллипсоидального сечения, сделанные из цель­ нотянутых труб, более прочные.

После сверления газовых отверстий остаются заусенцы. Если их не очистить, то дальнобойность газовых струй сни­ зится, возрастет сопротивление по газовому тракту горел­ ки, может произойти прогорание металла газовой камеры.

Перед монтажом горелок в топке котла необходимо про­ верить работу шиберов, расположенных по воздушному трак­ ту, и газовых задвижек на газопроводе. Запорные и регули­ ровочные устройства должны изменять свое положение плав­ но и легко. Обязательны устройства для фиксации шибера в нужном положении. Они должны быть надежными и позво-. лять быстро изменять положение шибера.

Монтаж горелки состоит из установки горелки и связан­ ных с нею обмуровочных работ в топке. Нельзя допускать, чтобы в стенках амбразуры были трещины, выбоины. Высту­ пы и углубления являются местами, в которых возникают местные завихрения, а следовательно, и высокотемператур­ ные очаги горения, которые приводят к оплавлению ам­ бразуры. Если амбразура выполнена недостаточно точно, то общее сопротивление горелки возрастает.

Нельзя допускать смещение или изгиб оси амбразуры

(дальнобойность и угол раскрытия).

Экранные трубы, разведенные вокруг устья амбразуры, должны находиться вне'зоны раскрытия факела.

При установке горелки в амбразуре особенно важно, чтобы не было щелей между поверхностями горелки и клад-, кой. Зазоры между обечайкой горелки и стенками амбразу­ ры или между газовой камерой (при периферийной подаче

98

газа) и обмуровкой топки устраняют при помощи асбестово­ го шнура и огнеупорной глины. Через любую щель происхо­ дит выбивание пламени в помещение котельной, так как в результате закрученности газовоздушная смесь оказывает значительное давление на стенки амбразуры. Если при мон­ таже щель не ликвидировать, то при эксплуатации горелки она увеличивается настолько, что необходимо будет оста­ новить котлоагрегат. После окончания монтажа горелки и кладки амбразуры топочную камеру просушивают.

Перед пуском производится тщательный осмотр всего агрегата по узлам, а также качества выполнения монтажных работ. Проверяют газопроводы в пределах котла, газогорелочные устройства, топочную камеру, поверхности нагре­ ва котла, хвостовые поверхности нагрева, газопроводы котельного цеха, воздухопроводы, предохранительные устройства агрегата, дымососы и воздуходувки, а также комплектность контрольно-измерительных приборов и пра­ вильность их подключения.

Особое внимание следует обращать на качество внутрен­ ней очистки поверхности нагрева. Горелки создают в топке зону высоких температур, вследствие чего может увеличить­ ся температура стенок экранных труб, а при наличии наки­ пи могут возникнуть отдулины на трубах и разрывы труб.

В соответствии с существующими правилами пуск начи­ нают с вентиляции топки и газоходов котла, продувки газо­ провода со сбрасыванием газа через свечи, подключенные перед всеми горелками. Для вентиляции котла открывают полностью шиберы газового тракта, поддувальные дверцы и лазы. Если разрежение в верхней части топки находится в пределах 2—3 мм вод. cm., то можно считать, что вентиляция агрегата протекает нормально. В некоторых случаях при развитых хвостовых поверхностях нельзя провентилировать агрегат естественной тягой. Тогда полностью открывают ши­ беры газового тракта, включают дутьевой вентилятор, от­ крывают шиберы на горелках и через горелки подают воздух в топку. Затем через 10—15 мин включают дымосос. После